礦物改良劑對酸化土壤改良和菠菜生長的影響

趙 磊 秦麗娜 李志強 宋建霞 范貝貝

（1.招遠市農業技術推廣中心 山東 煙臺 265400；2.中國農業大學有機循環研究院（蘇州） 江蘇 蘇州 215000）

近年來， 我國農田土壤酸化逐漸趨于明顯。 近40 年來，我國耕地土壤pH 平均下降了0.5 個單位，土壤酸化面積已占全國耕地總面積的40%以上[1]。 土壤酸化會降低土壤養分的有效性， 加速鈣、 鎂等鹽基離子的流失，導致土壤質量下降[2]。 此外，土壤酸化還會增加土壤金屬毒害作用（如鋁毒和錳毒），抑制植物根系的生長， 影響植物對營養元素的吸收， 導致作物的產量和品質降低[3]。 目前，土壤酸化已經成為影響我國糧食安全及農田可持續發展的主要障礙因素之一。

招遠市位于膠東半島， 是山東省重要的糧食和水果產區。 近年來由于過度施用化肥、農藥施用不科學等原因導致該地區土壤酸化加劇[4]。 通過對采集的招遠市農田土壤（468 個）和果園土壤（736 個）樣品進行檢測分析， 結果表明農田土壤pH＜5.5 的占72%，果園土壤pH＜5.5 的占63%[5]。以上結果表明，招遠市土壤酸化問題十分嚴重， 開展土壤酸化改良工作是非常迫切的。

施用生石灰是目前農業生產中改良酸性土壤的主要措施，但石灰改良效果持續性差，施用不當容易導致土壤板結和養分失衡[6]。 與傳統的生石灰相比，礦物改良劑能有效提高土壤pH， 調節土壤酸度，還能提高土壤養分利用率，進而促進植物生長[6-7]。 周昊文等[7]的研究表明，施用礦物質調理劑能有效改良酸化土壤， 提高土壤速效養分， 提高油菜的產量。 本研究以招遠市強酸性土壤為研究對象， 采用菠菜盆栽試驗探究3 種礦物改良劑對酸化土壤改良和土壤養分的影響， 并分析了改良劑對菠菜生長的影響，以期為膠東半島酸化土壤改良和生產力恢復提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗土壤采自山東省招遠市某農田土壤（37°38′N、120°31′E）。 采用隨機布點法采集0～20 cm 表層土壤，多點混合。 土壤樣品經自然風干、粗磨后過2 mm篩，混合均勻后備用。 供試土壤黏粒、粉粒和沙粒的占比分別為0.5%、76.0%和23.5%。 土壤pH 4.31，EC值0.25 mS/cm，土壤交換性Al3+含量為2.80 cmol/kg，有機質含量為16.2 g/kg， 速效磷含量為64.1 mg/kg，速效鉀含量為141 mg/kg，堿解氮含量為145 mg/kg。

1.2 供試材料

試驗采用的礦物改良劑A 硅鈣鎂肥是在高溫下煅燒而形成的堿性肥料，其中技術指標：CaO≥30%、SiO2≥20%、MgO≥2.5%。 其他2 種礦物改良劑由硅鈣鉀鎂肥與生物炭、 水滑石按照一定的比例復配制備，分別得到礦物改良劑B 和礦物改良劑C。 其中生物炭為小麥秸稈生物炭，在500℃條件下熱解3 h，冷卻粉碎后制得。 水滑石為鎂鋁水滑石，購于山東優索化工科技有限公司。 礦物改良劑的制備工藝如下：將生物炭和水滑石分別采用行星式球磨機球磨45 min，過60 目篩；再將各種原料按照一定的比例加入攪拌機中，混合均勻，得到粉末狀礦物改良劑。

菠菜種子購于哈里姆種子（天津）有限公司，為無霜葉菠菜，在中國大部分地區可于春、夏、秋、冬四季播種。

1.3 盆栽試驗

盆栽試驗共設4 個處理： 不添加任何材料的處理（CK）、添加10 g/kg 礦物改良劑A 處理（T1）、添加10 g/kg 礦物改良劑B 處理（T2）和添加10 g/kg 礦物改良劑C 處理（T3）。 每個處理重復3 次，隨機放置在招遠市三友果蔬種植專業合作社的溫室中。

將礦物改良劑與土壤樣品充分混勻，并將1 000 g混合樣品裝入育苗盆中，在室溫下培養7 d。 培養結束后， 在2021 年9 月12 日將3 棵長勢相同的菠菜苗移栽到育苗盆的表層土中，生長25 d 后收獲，采集土壤樣品并收獲植株。 菠菜生長期間每天澆水，濕度保持在土壤田間持水量的60%左右。

1.4 樣品分析

土壤pH、EC 值、有機質、速效磷和速效鉀的測定參考參考 《土壤農業化學分析方法》[8]， 土壤交換性Al3+采用1 mol/L KCl 浸提，0.02 mol/L NaOH 滴定測定。 菠菜植株樣品采用硝酸消解，消解液的鈣和鎂濃度采用火焰原子吸收分光光度法測定（PinAAcle900T，美國鉑金埃爾默）。

1.5 數據分析

試驗數據利用Excel 2016 和Origin 2022 進行數據分析和作圖， 利用SPSS 22.0 進行單因素方差分析，用Duncan’s 法進行多重比較（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 礦物改良劑對土壤pH 和EC 值的影響

由圖1 可知，3 種礦物改良劑均顯著提高了土壤pH。 與對照相比，礦物改良劑A（T1）、礦物改良劑B（T2）和礦物改良劑C（T3）使土壤pH 提高1.65、1.56和1.86 個單位，增幅分別為36.2%、34.1%和40.8%。此外， 礦物改良劑也顯著提高的土壤EC 值，T1、T2和T3 處理的EC 值分別增加22.3%、36.3% 和26.3%。 礦物改良劑呈堿性，含有大量的鈣、鎂、硅等離子，能有效中和土壤酸度，提高土壤pH，增加土壤鹽基離子的含量和鹽基飽和度，改良酸化的土壤[9-10]。總的來說，3 種礦物調理劑均能有效改善土壤酸化現象，礦物改良劑C 的效果最好。

圖1 不同礦物改良劑施用對土壤pH 和EC 值的影響

2.2 礦物改良劑對土壤有機質和速效養分的影響

施用礦物改良劑對土壤有機質和養分的影響見表1。 在施用量為10 g/kg 時，3 種調理劑對土壤有機質含量的影響較小，土壤有機質含量為16.4～17.6 g/kg。此外， 礦物改良劑不同程度地提高了土壤速效磷的含量。 與對照相比，T1 和T3 處理使土壤速效磷含量增加到96.6 mg/kg 和95.1 mg/kg，增幅分別為27.3%和25.3%。這可能與土壤pH 顯著增加有關。在酸化土壤中，磷酸根離子易于鐵、鋁等離子形成難溶性磷酸鹽，減低土壤磷素的可利用性。 本試驗施用礦物調理劑將土壤pH 提高至6 以上， 顯著降低了土壤黏粒、礦物等對磷素的固定，進而提高了磷素的有效性[2-3]。T1 和T2 處理顯著提高了土壤速效鉀的含量，增幅分別為13.8%和18.9%，這與前人的研究是一致的[7，9]。

表1 礦物改良劑對土壤養分的影響

2.3 礦物改良劑對菠菜生長的影響

由圖2 可知，3 種礦物調理劑顯著增加了菠菜地上部的生物量。T1 處理、T2 處理和T3 處理的菠菜地上部生物量分別為6.9 g/盆、7.9 g/盆和9.3 g/盆，與對照相比， 菠菜地上部生物量分別增加了17.7 倍、20.4 倍和24.3 倍。 此外，與對照相比，T1 處理、T2 處理和T3 處理使菠菜地上部的干重分別增加了6.3 倍、6.6 倍和8.5 倍。 礦物改良劑施用有效改善了土壤酸化，降低了土壤交換性鋁的含量，緩解了鋁毒害對植物生長的影響[11]。 此外，礦物改良劑含有大量的硅、鈣、鎂、鉀等元素，能促進植物的生長[12]。

圖2 不同礦物改良劑施用對菠菜生長的影響

2.4 礦物調理劑對菠菜鈣、鎂吸收的影響

鈣和鎂是植物生長發育必需的中量營養元素，具有重要的生理生化作用。 由圖3 可知，施用3 種礦物調理劑均促進了菠菜對土壤鈣、鎂元素的吸收。 與對照相比，T1 處理、T2 處理和T3 處理使菠菜植株鈣濃度分別提高27.1%、38.8%和11.9%。 同時，礦物調理劑更顯著的促進菠菜對鎂的吸收，T1 處理、T2 處理和T3 處理使植株鎂濃度分別增加了84.5%、79.2%和146.8%。礦物改良劑施用減輕了鋁毒害對植物根系生長和發育的影響， 促進了菠菜根系對鈣鎂元素的吸收。 此外，礦物改良劑含有的礦物元素也能提高土壤交換性鈣和交換性鎂的含量， 提高土壤鈣鎂可利用度，促進菠菜的吸收和累積[11，13]。

圖3 不同礦物改良劑施用對菠菜鈣、鎂吸收的影響

4 討論與結論

3 種礦物調理劑均能顯著提高土壤pH， 本試驗中土壤pH 分別提高了1.56～1.83 個單位， 有效改善了土壤酸化， 其中硅鈣鉀鎂肥與水滑石復配制備的礦物改良劑的效果最好。

3 種礦物調理劑顯著促進了菠菜的生長及對鈣、鎂元素的吸收。 在施用量10 g/kg 時，菠菜地上部鮮重增加17.7～24.3 倍， 菠菜植株鈣濃度增加11.9%～38.8%，菠菜植株鎂濃度增加79.2%～146.8%。 其中，其中硅鈣鉀鎂肥與水滑石復配制備的礦物改良劑的效果最好。